(57)【要約】【課題】直流電源装置から出力される直流電圧が異常であると判断するためのサンプリング数を増やすことなく、この直流電圧の異常を精度良く検出できるロボットを提供する。【解決手段】第２の制御回路２６は、エンコーダ１２からのフィードバック値に基づくモータ１１の現在の回転位置の回転位置指令値に対する偏差に基づいて第１の制御回路２５による監視動作を制御する。第１の制御回路２５は、この監視動作において、直流電圧Ｖｄに応じた電圧Ｖdetを所定周期でサンプリングし、サンプリングにより取得した電圧値が所定回数連続して異常電圧値である場合に異常状態信号Ｓｂを出力する。第２の制御回路２６は、異常状態信号Ｓｂが入力されると直流電圧Ｖｄが異常であると判断する。【選択図】図１
2010124645.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータにより駆動される軸を有するロボット本体と、
直流電源装置と、
この直流電源装置から出力される直流電圧を入力して前記モータを駆動するインバータ装置と、
前記直流電圧を所定周期でサンプリングした電圧値に基づいて前記直流電圧の監視動作を行う第１の制御回路と、
前記モータの回転速度または回転位置を示すフィードバック値を出力するエンコーダと、
前記モータの回転速度指令値または回転位置指令値に対する前記フィードバック値の偏差をゼロに近づけるように前記インバータ装置による前記モータの駆動を制御するとともに、前記第１の制御回路による前記直流電圧の監視動作を制御する第２の制御回路とを備え、
前記第１の制御回路は、前記監視動作において前記サンプリングにより取得した前記電圧値が所定回数連続して所定のしきい値電圧未満の異常電圧値である場合に前記第２の制御回路に異常状態信号を出力し、
前記第２の制御回路は、前記偏差が前記モータの駆動を正常に制御している際の前記偏差の値よりも高い値に設定された第１のしきい値以下である期間にあっては前記第１の制御回路による前記監視動作を停止させ、前記偏差が前記第１のしきい値を超えている期間にあっては前記第１の制御回路による前記監視動作を実行させるとともに、前記異常状態信号が入力されると前記直流電圧が異常であると判断することを特徴とするロボット。
【請求項２】
前記第２の制御回路は、前記偏差が前記第１のしきい値よりも高い値に設定された第２のしきい値を超えた場合には、直ちに前記直流電圧が異常であると判断することを特徴とする請求項１記載のロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータを駆動するインバータ装置に入力するために直流電源装置から出力される直流電圧を監視する制御回路を備えたロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
モータおよびその制御回路を備えたロボットなどの装置では、モータを駆動するためのインバータ装置に入力される直流電圧の異常、特に電圧低下が発生した場合、モータの制御を正確に行えなくなるなどの問題が生じる。このため、直流電圧を所定周期でサンプリングした電圧値に基づいて監視し、電圧異常を検出した場合にはモータの駆動を停止させるなどの異常対応制御を実行するということが行われている（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００４−０４０８８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ロボットは、様々なノイズが発生する環境下で使用されることが多い。このようなノイズの影響により、インバータ装置に入力される直流電圧が一時的に変動する可能性がある。直流電圧がノイズにより変動した場合、上記サンプリングした電圧値が一時的に異常な値となり、電圧異常が発生したと誤検出することが考えられる。この対策として、サンプリングした電圧値が所定回数以上連続して異常値である場合に電圧異常が発生したと判断する構成が用いられている。この構成によれば、電圧異常が発生したと判断するためのサンプリング数を増やすほど異常検出の精度を高めることができる。
【０００４】
しかしながら、サンプリング数を増やすことは制御回路の制御負荷を増大させることになり、効率的な制御を行うとともにロボットの動作効率を保障するためには、高性能なＣＰＵを用いる必要がある。高性能なＣＰＵを使用することはコストアップに繋がるため、サンプリング数を増やすことは望ましくない。また、サンプリング数を増やした場合、電圧異常が発生した際にその異常を検出するまでの時間が長くなり、モータの駆動を停止させるなどの異常対応制御が遅れるという問題が生じてしまう。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、直流電源装置から出力される直流電圧が異常であると判断するためのサンプリング数を増やすことなく、この直流電圧の異常を精度良く検出できるロボットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１記載の手段によれば、第２の制御回路は、モータの回転速度指令値または回転位置指令値に対するエンコーダから出力されるモータの回転速度または回転位置を示すフィードバック値の偏差をゼロに近づけるようにインバータ装置によるモータの駆動を制御する。この偏差がモータの駆動を正常に制御している際の偏差の値よりも高い値に設定された第１のしきい値以下である場合には、モータの駆動が正常に制御されていると考えられる。モータの駆動が正常に制御されている場合には、直流電源装置から出力される直流電圧が正常である可能性が高い。これに対し、上記偏差が第１のしきい値を超えている場合には、モータの駆動が正常に制御されていないと考えられる。モータの駆動が正常に制御されていない場合には、上記直流電圧が正常でない可能性が高い。本手段では、このような関係に着目し、上記偏差の値に応じて第１の制御回路による直流電圧の監視動作を以下のように制御するようにしている。
【０００７】
すなわち、第２の制御回路は、上記偏差が第１のしきい値以下である期間にあっては第１の制御回路による監視動作を停止させ、上記偏差が第１のしきい値を超えている期間にあっては第１の制御回路による監視動作を実行させる。第１の制御回路は、この監視動作において、直流電源装置から出力される直流電圧を所定周期でサンプリングし、サンプリングにより取得した電圧値が所定回数連続して所定のしきい値電圧未満の異常値である場合に異常状態信号を出力する。第２の制御回路は、この異常状態信号が入力されると直流電圧が異常であると判断する。
【０００８】
このような構成によれば、直流電圧が正常である可能性が高い期間には直流電圧の監視動作は実行されない。このため、正常な電圧値の直流電圧が外来ノイズなどの影響により一時的に変動して異常な電圧値になっても直流電圧が異常であると判断されない。従って、ノイズの影響による電圧異常の誤検出を防止できる。一方、直流電圧が正常でない可能性が高い期間には上記監視動作が実行される。このようにして実行される監視動作においては、ノイズの影響を除去するために直流電圧が異常値であると判断するためのサンプリング数を増やす必要はない。従って、上記サンプリング数を増やすことなく、直流電圧の異常を精度良く検出することができる。また、直流電圧の監視動作を常時行うことがなくなるため、その分だけ第１の制御回路および第２の制御回路の制御負荷が低減され、その動作効率を高めることができる。
【０００９】
請求項２記載の手段によれば、第２の制御回路は、偏差が第１のしきい値よりも高い値に設定された第２のしきい値を超えた場合には、直ちに直流電圧が異常であると判断する。上記偏差が、第１のしきい値よりも一層大きい場合には、直流電圧が異常である可能性が一層高まる。このような場合に、第１の制御回路による監視動作を行うことなく、第２の制御回路が直ちに直流電圧が異常であると判断することにより、以降の異常対応制御を速やかに実行することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
図２は、一般的な産業用ロボットのシステム構成を示している。この図２に示すロボットシステム１（ロボットに相当）は、ロボット本体２と、このロボット本体２を制御するコントローラ３と、このコントローラ３に接続されたティーチングペンダント４とから構成されている。
【００１１】
ロボット本体２は多関節型として構成され、ベース５と、このベース５に水平方向に旋回可能に支持されたショルダ部６と、このショルダ部６に上下方向に旋回可能に支持された下アーム７と、この下アーム７に上下方向に旋回可能に支持された上アーム８と、この上アーム８に上下方向に旋回可能に支持された手首９とから構成されている。手首９は、先端部に回転（捻り動作）可能なフランジ１０を備えている。ロボット本体２に設けられる各軸はモータ１１などにより駆動される。モータ１１の近傍には、モータ１１の回転状態に応じたパルス信号を出力するエンコーダ１２が設けられている。なお、図示しないが、ワークを把持するハンドはフランジ１０に取り付けられるようになっている。
【００１２】
図１は、ロボットシステム１における本発明に関連した部分の電気構成を示すブロック図である。この図１において、ロボット本体２には、モータ１１およびエンコーダ１２が設けられている。モータ１１はＡＣサーボモータである。コントローラ３には、交流電源２１より供給される交流を整流および平滑して出力する直流電源装置２２、直流電源装置２２から出力される直流電圧Ｖｄを検出する電圧検出回路２３、モータ１１を駆動するインバータ装置２４、直流電圧Ｖｄの監視動作を行う第１の制御回路２５およびこれら各装置および各回路の制御などを行う第２の制御回路２６が設けられている。
【００１３】
直流電源装置２２は、整流回路２７と平滑用のコンデンサ２８とから構成されている。整流回路２７は、ダイオードをブリッジの形態に接続してなる周知構成のものである。例えば単相１００Ｖの交流電源２１の各相出力は、整流回路２７の交流入力端子に接続されている。整流回路２７の直流出力端子は、それぞれ直流電源線２９、３０に接続されている。これら直流電源線２９、３０間にはコンデンサ２８が接続されている。
【００１４】
電圧検出回路２３は、抵抗３１、３２の直列回路から構成されている。この直列回路は、直流電源線２９、３０間に接続されている。抵抗３１、３２の相互接続点の電圧Ｖdetは、第１の制御回路２５に入力されている。抵抗３１、３２の各抵抗値の比は、電圧Ｖdetが第１の制御回路２５に入力可能な範囲（例えば０Ｖ〜＋５Ｖ）の電圧値となるように設定されている。
【００１５】
インバータ装置２４は、直流電源線２９、３０間に６つのスイッチング素子例えばＩＧＢＴ（図１には２つのみ示す）を三相フルブリッジ接続して構成されたインバータ主回路と、その駆動回路とを備えている。ＩＧＢＴのコレクタ−エミッタ間には還流ダイオードが接続されている。また、ＩＧＢＴのゲートには、駆動回路からゲート信号が与えられている。駆動回路は、第２の制御回路２６から与えられる指令信号Ｓａに基づいてパルス幅変調されたゲート信号を出力して各ＩＧＢＴを駆動する。
【００１６】
第１の制御回路２５および第２の制御回路２６は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏ、Ａ／Ｄ変換器などを備えたマイクロコンピュータを主体として構成されている。第１の制御回路２５および第２の制御回路２６は、直流電源線３３、３０から電源電圧（例えば＋５Ｖ）の供給を受けて動作する。従って、第１の制御回路２５および第２の制御回路２６の基準電位（グランド）は、直流電源線３０の電位と共通になっている。なお、この電源電圧（＋５Ｖ）は、直流電源線２９、３０の直流電圧Ｖｄを図示しない電源回路により降圧して生成されている。
【００１７】
第１の制御回路２５は、入力される電圧Ｖdetを所定周期でサンプリングし、このサンプリングにより取得した電圧値に基づいて直流電源線２９、３０間の直流電圧Ｖｄの監視動作を行う。第１の制御回路２５は、上記監視動作において直流電圧Ｖｄが前述した異常電圧値であると判断した場合、第２の制御回路２６に異常状態信号Ｓｂを出力する。
【００１８】
エンコーダ１２は、モータ１１の回転位置に応じたパルス信号Ｓｃ（フィードバック値）を出力する。第２の制御回路２６には、パルス信号Ｓｃと、外部から与えられるモータ１１の回転位置指令値θｒが入力されている。第２の制御回路２６は、パルス信号Ｓｃに基づいてモータ１１の現在の回転位置θを検出する構成を備えている。第２の制御回路２６は、モータ１１の回転位置指令値θｒに対する現在の回転位置θの偏差Δθを演算し、この偏差Δθをゼロに近づけるように指令信号Ｓａを出力してインバータ装置２４によるモータ１１の駆動をフィードバック制御する。
【００１９】
このようなフィードバック制御により、直流電圧Ｖｄが若干変動しても指令信号Ｓａに基づいてゲート信号のデューティ比が変更されてモータ１１が正常に駆動される。ただし、直流電圧Ｖｄが所定の電圧値未満の電圧値（異常電圧値）となった場合、ゲート信号のデューティ比を１００％にしてもモータ１１は正常に駆動されなくなる。
【００２０】
第２の制御回路２６は、偏差Δθの値に応じて、電圧監視実行命令Ｓｄまたは電圧監視停止命令Ｓｅを第１の制御回路２５に出力する。第１の制御回路２５は、これら各命令Ｓｄ、Ｓｅに基づいて直流電圧Ｖｄの監視動作を実行または停止する。第２の制御回路２６は、第１の制御回路２５から異常状態信号Ｓｂが出力されると、直流電圧Ｖｄが異常電圧値であると判断してモータ１１の駆動を停止させるなどの異常対応制御を実行する。
【００２１】
次に、ロボットシステム１における直流電圧Ｖｄの異常判断の制御について図３〜図５も参照して説明する。
図３は、第２の制御回路２６の制御内容を示すフローチャートである。図４は、第１の制御回路２５の制御内容を示すフローチャートである。図５は、偏差Δθと直流電圧Ｖｄの監視動作の状態との関係を示す図である。なお、本実施形態では、図５に示す第１のしきい値は、モータ１１の駆動が正常に制御されている際において想定される偏差Δθの最大値よりも若干高い値に設定している。また、第２のしきい値は、上記最大値よりも一層高い値（例えば第１のしきい値の２倍以上の値）に設定している。図５における期間Ｔ１および期間Ｔ３は、モータ１１の駆動が正常に制御されている期間とする。また、期間Ｔ２、期間Ｔ４およびこれ以降の期間は、モータ１１の駆動が正常に制御されていない期間とする。
【００２２】
まず、第２の制御回路２６の制御内容について図３および図５に基づいて説明する。期間Ｔ１、Ｔ３のように、モータ１１の駆動が正常に制御されている場合、モータ１１の回転位置指令値θｒに対する現在の回転位置θの偏差Δθはゼロから第１のしきい値の範囲内に収まる。このように、偏差Δθが第１のしきい値未満である場合（ステップＳ１で「ＹＥＳ」）、第２の制御回路２６は、第１の制御回路２５に監視動作を停止させるための電圧監視停止命令Ｓｅを出力する（ステップＳ２）。従って、この期間Ｔ１、Ｔ３にあっては、第１の制御回路２５による直流電圧Ｖｄの監視動作が停止される（電圧監視状態＝ＯＦＦ）。
【００２３】
期間Ｔ２、Ｔ４のように、モータ１１の駆動が正常に制御されていない場合、偏差Δθは第１のしきい値以上となる。ただし、この場合、偏差Δθは第２のしきい値未満とする。このように、偏差Δθが第１のしきい値以上であり且つ第２のしきい値未満である場合（ステップＳ１で「ＮＯ」且つステップＳ３で「ＹＥＳ」）、第２の制御回路２６は、第１の制御回路２５に監視動作を実行させるための電圧監視実行命令Ｓｄを出力する（ステップＳ４）。従って、この期間Ｔ２、Ｔ４にあっては、第１の制御回路２５による直流電圧Ｖｄの監視動作が実行される（電圧監視状態＝ＯＮ）。
【００２４】
第１の制御回路２５による監視動作が実行されている期間Ｔ２、Ｔ４において、第２の制御回路２６は、異常状態信号Ｓｂを受信したか否かの判断を行う（ステップＳ５）。異常状態信号Ｓｂを受信した場合（ＹＥＳ）、直流電源線２９、３０間の直流電圧Ｖｄが異常であると判断し（ステップＳ６）、モータ１１の駆動を停止させる。
【００２５】
例えば、モータ１１の駆動が正常に制御されていない状態が長期間続いた場合などには、期間Ｔ４より後の期間のように偏差Δθが第２のしきい値以上となる（ステップＳ３で「ＮＯ」）。このような場合、直流電源線２９、３０間の直流電圧Ｖｄが異常値である可能性が極めて高い。このため、第２の制御回路２６は、電圧監視実行命令Ｓｄを出力することなく（電圧監視状態＝ＯＦＦ）、直ちに直流電圧Ｖｄが異常であると判断し（ステップＳ６）、モータ１１の駆動を停止させる。
【００２６】
続いて、第１の制御回路２５の制御内容について図４および図５を参照して説明する。第１の制御回路２５は、第２の制御回路２６から電圧監視実行命令Ｓｄが与えられると直流電圧Ｖｄの監視動作を開始する。第１の制御回路２５は、この監視動作において、電圧Ｖdetをサンプリングした電圧値が所定回数（Ｎ回）連続して異常電圧値（しきい値電圧Ｖth未満の電圧値）である場合に直流電圧Ｖｄが異常であると判断し、異常状態信号Ｓｂを出力する。図４における変数ｃは、上記所定回数をカウントするためのものであり、初期値はゼロに設定されている（ｃ＝０）。
【００２７】
例えば期間Ｔ２の開始時点において、第２の制御回路２６から電圧監視実行命令Ｓｄが与えられると図４に示す内容の制御が開始される（ＳＴＡＲＴ）。ステップＵ１では、電圧Ｖdetをサンプリングした電圧値（以下電圧値Ｖdetという）としきい値電圧Ｖthとを比較する。このしきい値電圧Ｖthは、直流電圧Ｖｄの電圧値がインバータ装置２４によるモータ１１の駆動が正常に行える範囲の下限値に達した場合における電圧値Ｖdetよりも若干高い値に設定されている。
【００２８】
ここで、電圧値Ｖdetがしきい値電圧Ｖth以上であれば（ステップＵ１で「ＮＯ」）、変数ｃを初期値としたまま（ステップＵ２）、ステップＵ３に進む。ステップＵ３では、電圧監視停止命令Ｓｅが与えられたか否かの判断を行う。電圧監視停止命令Ｓｅが与えられると（ステップＵ３で「ＹＥＳ」）、直流電圧Ｖｄの監視制御を終了する（ＥＮＤ）。電圧監視停止命令Ｓｅが与えられない場合（ステップＵ３で「ＮＯ」）、ステップＵ１に戻る。
【００２９】
一方、電圧値Ｖdetがしきい値電圧Ｖth未満である場合（ステップＵ１で「ＹＥＳ」）、ステップＵ４に進み、変数ｃをインクリメントする（ｃ＝ｃ＋１）。続くステップＵ５では、変数ｃがＮ以上であるか否かの判断を行う。変数ｃがＮ未満である場合（ステップＵ５で「ＮＯ」）にはステップＵ３に進む。その後は、電圧監視停止命令Ｓｅが与えられるか、または電圧値Ｖdetがしきい値電圧Ｖth以上になるまで、ステップＵ１、Ｕ４、Ｕ５、Ｕ３が繰り返され、変数ｃは順次インクリメントされていく。途中で電圧値Ｖdetがしきい値電圧Ｖth以上になった場合にはステップＵ２に進み、変数ｃは初期値（ｃ＝０）に戻される。変数ｃがＮ以上になると電圧値ＶdetがＮ回連続してしきい値電圧Ｖth未満になったと判断し（ステップＵ５で「ＹＥＳ」）、異常状態信号Ｓｂを出力し（ステップＵ６）、直流電圧Ｖｄの監視制御を終了する（ＥＮＤ）。
【００３０】
以上説明したように、本実施形態によれば次のような効果が得られる。
第２の制御回路２６は、偏差Δθが第１のしきい値以下である期間にあっては第１の制御回路２５による監視動作を停止させ、偏差Δθが第１のしきい値を超えている期間にあっては第１の制御回路２５による監視動作を実行させる。第１の制御回路２５は、この監視動作において、直流電圧Ｖｄに応じた電圧Ｖdetを所定周期でサンプリングする。第１の制御回路２５は、サンプリングにより取得した電圧値ＶdetがＮ回連続してしきい値電圧Ｖth未満の異常電圧値である場合に異常状態信号Ｓｂを出力する。第２の制御回路２６は、この異常状態信号Ｓｂが入力されると直流電圧Ｖｄが異常であると判断する。
【００３１】
このような構成によれば、直流電圧Ｖｄが正常である可能性が高い期間には直流電圧Ｖｄの監視動作は実行されない。このため、正常な電圧値の直流電圧Ｖｄが外来ノイズなどの影響により一時的に変動して異常な電圧値になっても直流電圧Ｖｄが異常であると判断されることがなくなる。つまり、ノイズの影響による電圧異常の誤検出を防止できる。一方、直流電圧Ｖｄが正常でない可能性が高い期間には上記監視動作が実行される。このようにして実行される監視動作においては、ノイズの影響を除去するために、図４のステップＵ５における所定回数Ｎ（直流電圧Ｖｄが異常であると判断するためのサンプリング数）を増やす必要はない。従って、上記監視動作においては、従来と同じサンプリング数で直流電圧Ｖｄの異常を精度良く検出できる。
【００３２】
このように従来と同じサンプリング数で異常を判断するので、第１の制御回路２５の制御負荷の増加を抑制できる。さらに、直流電圧Ｖｄの監視動作を常時行うことがなくなるため、その分だけ第１の制御回路２５の制御負荷が低減される。また、第２の制御回路２６が偏差Δθを取得する制御は、モータ１１をフィードバック制御する際に従来から用いられている制御である。このように、第２の制御回路２６は、元々行われている制御を直流電圧Ｖｄの監視制御に流用するため、その制御負荷を従来と同程度に抑えることができる。このようなことから、第１の制御回路２５および第２の制御回路２６の全体的な制御負荷が低減され、その動作効率を高めることができる。また、モータ１１の回転が停止されている場合にも偏差Δθは第１のしきい値以下となる。このようにモータ１１の回転が停止されている場合には直流電圧Ｖｄの監視を行う必要はない。このような場合に無駄な監視動作を行うことを抑制できる。
【００３３】
第２の制御回路２６は、偏差Δθが第１のしきい値よりも高い値に設定された第２のしきい値を超えた場合には、直ちに直流電圧Ｖｄが異常であると判断する。偏差Δθが、第１のしきい値よりも一層大きい場合には、直流電圧Ｖｄが異常である可能性が一層高まる。このような場合に、第１の制御回路２５による監視動作を行うことなく、第２の制御回路２６が直ちに直流電圧Ｖｄが異常であると判断することにより、以降の異常対応制御を速やかに実行することができる。
【００３４】
なお、本発明は上記し且つ図面に記載した実施形態に限定されるものではなく、次のような変形または拡張が可能である。
エンコーダ１２は、モータ１１の回転速度に応じたパルス信号（フィードバック値）を出力する構成でもよい。その場合、第２の制御回路２６は、回転速度に応じたパルス信号に基づいてモータ１１の現在の回転速度を検出する構成を備えていればよい。また、第２の制御回路２６は、外部から与えられるモータ１１の回転速度指令値に対する現在の回転速度の偏差を演算する構成を備えていればよい。本発明で言うエンコーダは、モータ１１の回転速度または回転位置を示すフィードバック値を出力するものであればよく、例えばモータ１１の回転速度を検出する速度センサであってもよい。
【００３５】
モータ１１は、誘導電動機、ＤＣモータなど、他の形式のモータであってもよい。モータ１１にＤＣモータを用いる場合には、ＡＣ／ＤＣ変換器を搭載してＤＣモータに印加する直流電圧を生成すればよい。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の一実施形態を示すロボットシステムの電気構成図
【図２】ロボットシステムの構成を示す斜視図
【図３】第２の制御回路の制御内容を示すフローチャート
【図４】第１の制御回路の制御内容を示すフローチャート
【図５】偏差と直流電圧の監視動作状態との関係を示す図
【符号の説明】
【００３７】
図面中、１はロボットシステム（ロボット）、２はロボット本体、１１はモータ、１２はエンコーダ、２２は直流電源装置、２４はインバータ装置、２５は第１の制御回路、２６は第２の制御回路を示す。
【図１】
2010124645.tif 000003
【図２】
2010124645.tif 000004
【図３】
2010124645.tif 000005
【図４】
2010124645.tif 000006
【図５】
2010124645.tif 000007